2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a Wideband Microwave Absorber - Contributing to the Internet of Things Society Through Dual-phase Engineering
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19H05620
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
杉本 諭 東北大学, 工学研究科, 教授 (10171175)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松浦 昌志 東北大学, 工学研究科, 講師 (00633942)
渡邉 雅人 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員(移行) (40249975)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 電磁波吸収体 / 微粒子 / 透磁率 / 誘電率 / 反射損失 / 飽和磁化 / 保磁力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ソフト磁性相・ハード磁性相を含み、その二相組織が制御されたモディファイド磁性微粒子によって、次世代通信帯域で機能できる広帯域かつ薄型の電波吸収体の開発を目的とする。令和3（2021）年度は、メカニカル混合を継続するほか、アークプラズマ蒸着法（APD）、有機金属分解法、エアロゾルデポジション法（AD）などのコーティング技術を駆使し、交換結合の効果も検証したモディファイド磁性粒子を作製することを試みる。また、二相分離変態を利用した複合組織からなるモディファイド磁性粒子も作製する。これらの組織、磁気特性、高周波特性を調べ、その可能性を検討した。
その結果、APD法によって、コアをハード磁性相のCoFe2O4（以下CFOと略す）、シェルをソフト磁性相のFeとしたモディファイド粒子の作製に成功した。得られた粉末を用いて樹脂複合体を作製し、高周波磁気特性を測定したところ、シェル相の分率変化によってノイズ吸収周波数をシフトできることが明らかになった。また、AD法によりグラフェンとFeからなる複合膜の作製に成功し、組成を変化させることによって複合膜の面抵抗の制御が可能となり、高い電磁ノイズ抑制効果を得ることができた。さらにFe-Cr-Co系合金のスピノーダル分解を用いて、非強磁性のCrリッチ相（α2）相内に単磁区粒子サイズの強磁性FeCoリッチ相（α1）を出現させた二相分離組織を有する粉末の作製し成功した。この粉末において最終時効処理温度を制御することによって両相間の組成差を変化させることができ、その結果、目的周波数にチューナブルに対応できる電磁波吸収体になることが分かった。この結果は、二相分離変態を示す合金においてGHz帯の電磁波吸収体になることを示したものであり、世界初の結果であると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度はメカニカル混合を継続するだけでなく、コーティング技術の一つであるAPD法によって、ハード磁性相がコア、ソフト磁性相がシェルとなるコアシェル構造を有するモディファイド粉末の物理的方法による作製に成功している。この粉末を用いた樹脂複合体の透磁率の周波数依存性を測定したところ、双峰性のピークが現れ、広帯域かつ周波数シフトも確認できただけでなく、目的周波数である0.7～6GHｚに対応できることが分かった。
また、AD法によりカルボニルFe粉とグラフェンからなる導電体同士の複合膜の作製にも成功し、その電磁ノイズ抑制効果の評価から、導電性の材料の複合の場合には面抵抗を制御することによって電磁ノイズ抑制効果に影響を与えることなど、新しい知見を得た。
さらにFe-Cr-Co系合金のスピノーダル分解を利用し、単磁区粒子サイズの強磁性FeCo粒子が非強磁性Crリッチ相に囲まれる二相組織を有する粉末の作製に成功し、99%以上の電波吸収を示す周波数帯域を0.7～6GHzなる目的周波数帯域内にチューナブルに対応させられる粉末を世界で初めて作製することに成功した。
これらの成果は複数の学会で口頭発表するだけでなく、特許や複数の論文投稿によって残し、成果を内外に発表した。以上より、研究計画に対して順調に進歩しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、主として2021年度に得られた候補材料の樹脂複合体を作製し、電磁波吸収特性ならびに電磁ノイズ抑制効果を測定し、その可能性を評価する。また、組織と電磁波吸収特性との関係を明らかにする。さらに2021年度までの結果で、優れた磁気特性ならびに高周波特性が得られると判断されたメカニカル混合、二相分離変態（スピノーダル分解）、などの方法によるモディファイド粒子の作製を継続し、組織制御によるさらなる特性の向上を目指す。
一方で2021年度の結果によって二相分離変態を用いた粉末の電磁波吸収材料への可能性が示唆されたことから、微結晶の析出による粉末の作製にも可能性があることが判明した。そこでメルトスパン法により得られたアモルファス相中にFe系合金相の結晶化させる、またはFe相とハード磁性相の両相を析出させたナノコンポジットからなるモディファイド粉末の可能性も検討する。これらの作製条件、高周波磁気特性、電波吸収特性、組織との関係も調査して最適な条件を確立させる。
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Research Products
(9 results)
